iOS逆向002--函数本质

关于CPU的补充

寄存器

CPU除了有控制器、运算器还有寄存器。其中寄存器的作用就是进行数据的临时存储。

CPU的运算速度是非常快的，为了性能CPU在内部开辟一小块临时存储区域，并在进行运算时先将数据从内存复制到这一小块临时存储区域中，运算时就在这一小快临时存储区域内进行。我们称这一小块临时存储区域为寄存器。

对于arm64系的CPU来说，如果寄存器以x开头则表明的是一个64位的寄存器，如果以w开头则表明是一个32位的寄存器，在系统中没有提供16位和8位的寄存器供访问和使用。其中32位的寄存器是64位寄存器的低32位部分并不是独立存在的。

高速缓存

iPhoneX上搭载的ARM处理器A11它的1级缓存的容量是64KB，2级缓存的容量8M.

CPU每执行一条指令前都需要从内存中将指令读取到CPU内并执行。而寄存器的运行速度相比内存读写要快很多,为了性能,CPU还集成了一个高速缓存存储区域.当程序在运行时，先将要执行的指令代码以及数据复制到高速缓存中去(由操作系统完成).CPU直接从高速缓存依次读取指令来执行.

寄存器的补充

数据地址寄存器

数据地址寄存器通常用来做数据计算的临时存储、做累加、计数、地址保存等功能。定义这些寄存器的作用主要是用于在CPU指令中保存操作数，在CPU中当做一些常规变量来使用。
ARM64中
iOS 64位只提供6个通用寄存器

64位: X0-X30, XZR(零寄存器)
32位: W0-W30, WZR(零寄存器)

注意:
之前讲解8086汇编中有一种特殊的寄存器段寄存器:CS,DS,SS,ES四个寄存器来保存这些段的基地址,这个属于Intel架构CPU中.在ARM中并没有

寄存器.png

通用寄存器

•   AX、BX、CX、DX这4个寄存器通常用来存放一般性的数据，称为通用寄存器（有时也有特定用途）
•   通常，CPU会先将内存中的数据存储到通用寄存器中，然后再对通用寄存器中的数据进行运算
•   AX、BX、CX、DX这4个通用寄存器都是16位的，如下图所示

AX寄存器

8086的寄存器都是8位的，为了保证兼容， AX、BX、CX、DX都可分为2个独立的8位寄存器来使用
• H代表高位寄存器
• L代表低位寄存器

AX寄存器-详解图

image.png

字和字节

•   在汇编的数据存储中，有2个比较常用的单位
◦   字节：byte，1个字节由8bit组成，可以存储在8位寄存器中
◦   字：   word，1个字由2个字节组成，这2个字节分别称为字的高字节和低字节

8086有4个段寄存器：CS、DS、SS、ES，当CPU需要访问内存时由这4个段寄存器，提供内存单元的段地址

    •   CS (Code Segment)：代码段寄存器        
    •   DS (Data Segment)：数据段寄存器        
    •   SS (Stack Segment)：堆栈段寄存器
    •   ES (Extra Segment)：附加段寄存器
    •   SI： 源变址      寄存器（source）
    •   DI：目的变址  寄存器（destination）

IP：指令指针寄存器 IP= IP+所读取指令的长度，从而指向下一条指令

浮点和向量寄存器

因为浮点数的存储以及其运算的特殊性,CPU中专门提供浮点数寄存器来处理浮点数

浮点寄存器 64位: D0 - D31 32位: S0 - S31

现在的CPU支持向量运算.(向量运算在图形处理相关的领域用得非常的多)为了支持向量计算系统了也提供了众多的向量寄存器.

向量寄存器 128位:V0-V31

栈

栈

堆栈.png

栈：是一种具有特殊的访问方式的存储空间（后进先出， Last In Out Firt，LIFO）

SP和FP寄存器

sp寄存器：在任意时刻会保存我们栈顶的地址.
fp寄存器：也称为x29寄存器属于通用寄存器,但是在某些时刻我们利用它保存栈底的地址!()

注意:ARM64开始,取消32位的 LDM,STM,PUSH,POP指令! 取而代之的是ldr\ldp str\stp
ARM64里面对栈的操作是16字节对齐的!!

关于内存读写指令

注意:读/写数据是都是往高地址读/写

栈内存.png

str 指令：(store register)
将数据从寄存器中读出来,存到内存中.
寄存器 --> 数据 -->内存

ldr 指令：(load register)
将数据从内存中读出来,存到寄存器中
内存 --> 数据 -->寄存器

注意：
ldr 和 str只能操作1个寄存器
此ldr 和 str 的变种ldp 和 stp 还可以操作2个寄存器.

堆栈操作练习

使用32个字节空间作为这段程序的栈空间,然后利用栈将x0和x1的值进行交换.

sub    sp, sp, #0x20    ;拉伸栈空间32个字节
stp    x0, x1, [sp, #0x10] ;sp往上加16个字节,存放x0 和 x1
ldp    x1, x0, [sp, #0x10] ;将sp偏移16个字节的值取出来,放入x1 和 x0

bl和ret指令

bl标号

将下一条指令的地址放入lr(x30)寄存器
转到标号处执行指令

ret

默认使用lr(x30)寄存器的值,通过底层指令提示CPU此处作为下条指令地址!

ARM64平台的特色指令,它面向硬件做了优化处理的

x30寄存器

x30寄存器存放的是函数的返回地址.当ret指令执行时刻,会寻找x30寄存器保存的地址值!

注意:在函数嵌套调用的时候.需要讲x30入栈!

函数的参数和返回值

ARM64下,函数的参数是存放在X0到X7(W0到W7)这8个寄存器里面的.如果超过8个参数,就会入栈.
函数的返回值是放在X0 寄存器里面的.

函数的局部变量

函数的局部变量放在栈里面!

8086寄存器总结

8086寄存器的基础使用

8086寄存器基础使用

基础指令和寄存器

mov、int、call、add、sub 、push、pop、ret、ends、[]
bp
ax、bx、cx、dx
ah、al、bh、bl、ch、cl、dh、dl
sp、ip、
cs、ds、ss
sizeo()、

#//Dos系统命令
结束码：$
中断码：int 21H （interrupt 中断）
打印码：mov ah,9h 
循环：   loop s

注意（现场保护）：IP突然增大又恢复，肯定调用了函数，这是栈平衡。用到局部变量（栈段），用push进去一定要用 pop掉
即每次函数调用都有栈空间

bp：寄存器，代替sp 到栈里寻址的
地址减：push 放数据，向低地址
地址加：pop 拿数据，向高地址
push、pop 都是2个字节（8086是2个字，64位是4个字节）

参数为什么放入栈里?
1、函数结束就释放
2、恢复栈平衡，防止栈内存溢出，保证函数调用前后的栈顶是一致的
1) 外平栈：由函数外部保持栈的平衡
2) 内平栈：由函数内部保持栈的平衡

提升栈空间，保护寄存器

函数的调用流程

1、push参数（64位cpu 任性使用寄存器）
2、call指令调用（将下一条指令地址入栈）
3、保护bp寄存器，将sp赋值给bp
4、提升sp指针，作为局部变量空间（sp 减去一个值）
5、保护寄存器
6、业务逻辑
7、恢复寄存器
8、恢复sp、恢复bp （mov sp，bp 即：sp指向bp）（pop bp）
9、返回ret